CN106503919A - 一种基于供电分区特性的配电网评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于供电分区特性的配电网评价方法，其步骤：确定配电网评价指标体系，确定5个一级指标和17个二级指标的评价指标体系；采用模糊隶属度法，应用线性插值原理，构建各类指标的隶属函数；采用定量计算法的判断矩阵法确定评价指标权重；建立直接影响矩阵，计算得到指标之间的综合影响矩阵，利用综合影响矩阵优化评价指标权重；将前述步骤计算结果代入层次分析法计算公式中，得到配电网评价最终结果。本发明能够更精准的给出评价样本的综合得分水平，评价结果更准确，能更好的指导配电网规划、设计决策工作。

Description

一种基于供电分区特性的配电网评价方法

技术领域

本发明涉及一种配电网评价方法，特别是关于一种基于供电分区特性的配电网评价方法。

背景技术

配电网是电网重要的组成部分，由于历史欠账较多，配电网发展总体上仍较为滞后，随着我国城乡一体化进程的加速推进，特别是***新农村建设的不断深入，部分地区电力需求增势强劲，为满足经济社会发展持续增长的用电需求，我国配电网迫切需要进一步加快发展。开展配电网评价体系的研究工作，通过引导建立合理的评价指标体系，逐步积累覆盖配电网各项业务的指标数据，能够为配电网规划提供工作基础，同时依据评价指标体系，对配电网现状问题进行诊断，对规划实施效果进行理论检验，能够为配电网的建设改造提供有力的依据。

配电网综合评价属于多属性复杂问题，通常采用层次分析法(AnalyticHierarchy Process，AHP)将配电网评价总目标分解为不同层级的评价指标，从而完成对配电网的整体评价。评价计算中，通过研究得到评价指标的权重系数，但是未考虑评价指标之间相互影响对指标权重的影响，对配电网评价的准确性造成影响。同时，传统评价方法未考虑配电网分区域电网发展要求的不同，指标得分合理性不足。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种基于供电分区特性的配电网评价方法，该方法采用改进层次分析法，考虑供电区域特点，优化指标得分计算公式，利用判断矩阵法确定评价指标的权重系数，通过对任意两个指标进行影响程度分析，从而推导权重系数的优化系数，实现对配电网发展情况的科学、合理评价，为配电网建设、改造提供有益指导。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种基于供电分区特性的配电网评价方法，其特征在于该方法包括以下步骤：1)确定配电网评价指标体系，对配电网的供电质量、网架结构、运行水平、技术装备以及经济与社会性要素进行评价，确定5个一级指标和17个二级指标的评价指标体系；2)采用模糊隶属度法，应用线性插值原理，构建各类指标的隶属函数；3)采用定量计算法的判断矩阵法确定评价指标权重；4)建立直接影响矩阵，计算得到指标之间的综合影响矩阵，利用综合影响矩阵优化评价指标权重；5)将步骤2)至步骤4)的计算结果代入层次分析法计算公式中得到评分值，进而得到配电网评价最终结果；评分值在90～100分之间，则配电网规划、运行状况好；评分值在70～80分之间，则配电网现状情况为较好；评分值在60～70分之间，则配电网现状情况为一般；评分值低于60分，配电网现状情况较差。

进一步，所述步骤2)中，具体构建过程如下：2.1)根据评价指标分值大小与期望结果的关系，将评价指标分为正向指标、逆向指标和中间指标三类；2.2)根据各指标的综合基准值和指标的分类，构建三类指标的隶属函数。

进一步，所述步骤2.1)中，三类指标如下：2.1.1)正向指标包括电压合格率、供电可靠率、主变N-1通过率、线路N-1通过率、配电自动化终端覆盖率、10kV架空线路绝缘化率、户户通电率以及一户一表率；2.1.2)逆向指标包括10kV线路单放射比例、10kV线路配变装接容量大于12MVA线路比例、重或轻载主变比例、10kV高损变比例、综合线损率以及单位负荷投资；2.1.3)双向指标包括电网变电容载比。

进一步，所述步骤2.2)中，三类指标的隶属函数为：2.2.1)正向指标：高于指标参考值下限的，得满分；否则，每低于参考值下限的预设数值则扣除预先设定的分数；2.2.2)逆向指标：低于指标参考值上限的，得满分；否则，每超过参考值上限的预设数值则扣除预先设定的分数；2.2.3)双向指标：介于指标参考值范围内的，得满分；否则，每偏离参考值的预设数值则扣除预先设定的分数。

进一步，所述步骤2.2)中，各指标的综合基准值计算公式如下：指标的综合基准值＝指标A类基准值×W_A+指标B类基准值×W_B+指标C类基准值×W_C+指标D类基准值×W_D，式中，W_A、W_B、W_C、W_D分别表示A、B、C、D类指标的影响权重；指标的基准值为指标临界值，即正向指标参考值的下限或逆向指标参考值的上限；双向指标包括高、低两个基准值，即参考值的上限和参考值的下限。

进一步，所述步骤3)中，指标权重确定过程如下：3.1)对同级各指标之间进行两两比较，判断其相对重要性，构造判断矩阵；3.2)计算判断矩阵的最大特征根和特征向量，经一致性检验和归一化处理后得到各个指标相应的权重。

进一步，所述步骤4)中，具体优化过程如下：4.1)分析各因素之间直接关系的有无，构造有向图，如果因素对因素有直接影响，则由因素F_i画一个箭头指向因素F_j，即如果有一个箭头从因素F_i出发指向因素F_j，则说明因素F_i对因素F_j有直接影响，同时标注因素F_i对因素F_j的直接影响程度I；4.2)初始化直接影响矩阵，用矩阵表示各指标之间的直接相互影响关系；4.3)计算指标之间的综合影响矩阵T＝X+X²+…+Xⁿ＝X(1-X)^-1＝(β_ij)_n×n，进而确定各评价指标之间的相互影响系数β_ij；Xⁿ表示初始化的n阶直接影响矩阵；4.4)对各评价指标的权重值进行正规化处理后得到价值权重w_j，计算评价指标相互影响所反映的权重向量W_s，权重向量W_s即为影响权重：

4.5)根据价值权重和影响权重，计算各评价指标的新权重W_js＝αw_j+(1-α)W_s，0≤α≤1。

进一步，所述步骤4.1)中，直接影响程度I为：

进一步，所述步骤4.2)中，设n阶矩阵X＝(a_ij)_n×n，如果因素F_i对因素F_j有直接影响，则定义a_ij＝l，否则a_ij＝0。

进一步，所述步骤5)中，层次分析法计算公式为：

式中，S^k表示k级某个指标评分值；n表示该指标对应的k+1级指标的个数；代表k+1级第j个指标经无量纲化处理后的分值；表示k+1级第j个指标的新权重。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明评价对象按照区域特征和建设标准，划分为4类供电区，各个指标分类基准值通过供电区权重系数进行加权，计算得到各个指标的综合基准值，评价指标分值计算更精确。2、本发明基于改进层次分析法，对配电网评价样本建立层次化结构模型，并对层次模型中评价指标进行了相互影响分析，构建了关于评价指标影响关系的矩阵，从而提出了评价指标权重的优化系数，改进了传统AHP分析法总评值的计算方法。3、配电网评价属于多属性复杂问题，采用层次分析法将配电网评价总目标分解为不同层级的评价指标，从而完成对项目的整体评价。发明技术方案能够更精准的给出评价样本的综合得分水平，评价结果更准确，能更好的指导配电网规划、设计等决策工作。

附图说明

图1是本发明的整体流程示意图；

图2是本发明的配电网中压项目紧迫性评价指标体系示意图。

具体实施方式

本发明基于改进层次分析法原理，建立了配电网评价指标体系，考虑供电分区特点分析评价指标参考值，构建各类指标的隶属函数，确定了评价指标无量纲化处理的计算方法，分析评价指标之间的影响关系，提出优化权重系数的计算方法，实现了定量分析配电网综合评价。下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明提供一种基于供电分区特性的配电网评价方法，采用层次分析法构建配电网评价指标体系，利用判断矩阵法确定评价指标的权重系数，并考虑了评价指标之间的影响程度的核心问题，提出了一种定量分析配电网综合评价得分的方法。其包括以下步骤：

1)确定配电网评价指标体系

配电网评价指标体系是全面衡量配电网发展状况，通过对配电网的供电质量、网架结构、运行水平、技术装备以及经济与社会性等要素进行评价，深入了解配电网现状及存在问题，确定5个一级指标和17个二级指标的评价指标体系，如图2所示。

2)根据指标评分以及评价指标种类计算评价指标分值：采用模糊隶属度法，应用线性插值原理，构建各类指标的隶属函数。

2.1)根据评价指标分值大小与期望结果的关系，评价指标可分为正向指标、逆向指标和中间指标三类：

2.1.1)正向指标表示指标数值越大越好，包括电压合格率、供电可靠率、主变N-1通过率、线路N-1通过率、配电自动化终端覆盖率、10kV架空线路绝缘化率、户户通电率以及一户一表率等。

2.1.2)逆向指标表示指标数值越小越好，包括10kV线路单放射比例、10kV线路配变装接容量大于12MVA线路比例、重(轻)载主变(线路)比例、10kV高损变比例、综合线损率以及单位负荷投资等。

2.1.3)双向指标表示指标越接近于区间中部效果越好，包括电网变电容载比等。

2.2)根据各指标的综合基准值和指标的分类，构建三类指标的隶属函数如下：

2.2.1)正向指标：高于指标参考值下限的，得满分；否则，每低于参考值下限的预设数值则扣除预先设定的分数。

2.2.2)逆向指标：低于指标参考值上限的，得满分；否则，每超过参考值上限的预设数值则扣除预先设定的分数。

2.2.3)双向指标：介于指标参考值范围内的，得满分；否则，每偏离参考值的预设数值(例如，高于上限或低于下限)则扣除预先设定的分数。

3)确定评价指标权重：不同指标对评价目标的影响程度不同，一般通过加权予以反映。即重要的指标赋予较大的权重，相对次要的指标赋予较小的权重。

本发明采用定量计算法的判断矩阵法来确定指标权重，其过程如下：

3.1)对同级各指标之间进行两两比较，判断其相对重要性，构造判断矩阵；

假设有n个指标参与比较，让每一个指标与其他指标分别进行共n-1次两两比较，第i个指标与第j个指标的比较结果记为a_ij，第i个指标自身与自身的比较结果记为a_ij(＝1)，则可形成一个n×n的方阵，即为判断矩阵。

3.2)计算判断矩阵的最大特征根和特征向量，经一致性检验和归一化处理后得到各个指标相应的权重。

3.2.1)对判断矩阵进行一致性检验，其过程如下：

由于在评价过程中评价者一般不可能精确给出比较结果a_ij的值，只能对其进行估计，因此在构造判断矩阵时原则上并不要求具有完全一致性，即并不要求公式a_ij×a_jk＝a_ik成立，但需要判断矩阵具有大体上的一致性，即要求随机一致性指标CR满足以下不等式约束，否则需要重新确定判断矩阵的部分元素，直到满足条件为止。

式中，RI表示判断矩阵的平均随机一致性指标，可根据判断矩阵的阶数查表2得到；CI表示一致性指标，可通过下式计算得到：

式中，n表示判断矩阵的阶数；λ_max表示判断矩阵的最大特征根，可通过求解下述方程得到：

AW＝λW

式中，A表示判断矩阵；W表示特征向量；λ表示最大特征根。

表2平均随机一致性指标值

n	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
													RI	0	0	0.58	0.9	1.12	1.24	1.32	1.41	1.45	1.49	1.52	1.54

需要注意的是，一阶矩阵和二阶矩阵的具有完全一致性，RI值为0，不需要进行一致性检验。

3.2.2)判断矩阵通过一致性检验后，对最大特征根λ_max所对应的特征向量归一化处理后，即可得到指标相应权重。

4)优化指标权重：在层次分析法中，对于评价指标体系，不同指标存在相互影响关系，需对评价指标权重进行优化，通过分析各指标之间的逻辑关系，基于影响程度高低建立直接影响矩阵，通过计算得到指标之间的综合影响矩阵，利用综合影响矩阵优化评价指标权重。

4.1)分析各因素之间直接关系的有无，构造有向图，如果因素对因素有直接影响，则由因素F_i画一个箭头指向因素F_j，即如果有一个箭头从因素F_i出发指向因素F_j，则说明因素F_i对因素F_j有直接影响，同时标注因素F_i对因素F_j的直接影响程度I，定义如下：

4.2)初始化直接影响矩阵，用矩阵表示各指标之间的直接相互影响关系：

设n阶矩阵X＝(a_ij)_n×n，如果因素F_i对因素F_j有直接影响，则定义a_ij＝l，否则a_ij＝0。l的大小反映了指标之间的影响关系强弱。

4.3)计算指标之间的综合影响矩阵T＝X+X²+…+Xⁿ＝X(1-X)^-1＝(β_ij)_n×n，进而确定各评价指标之间的相互影响系数β_ij。其中，β_ij表示指标j的存在给指标i带来的影响；Xⁿ表示初始化的n阶直接影响矩阵。

4.4)对各评价指标的权重值进行正规化处理后得到价值权重w_j，计算评价指标相互影响所反映的权重向量W_s，权重向量W_s即为影响权重：

4.5)根据价值权重和影响权重，计算各评价指标的新权重W_js。W_js＝αw_j+(1-α)W_s，0≤α≤1，优选α＝0.5。

5)将步骤2)至步骤4)的计算结果代入层次分析法计算公式中得到评分值，进而得到配电网评价最终结果；采取百分制进行评价，评分值在90～100分之间，则配电网规划、运行状况好；评分值在70～80分之间，则配电网现状情况为较好；评分值在60～70分之间，则配电网现状情况为一般，问题较多；评分值低于60分，配电网现状情况较差，亟需建设改造改善。

其中，层次分析法计算公式为：

式中，S^k表示k级某个指标评分值；n表示该指标对应的k+1级指标的个数；代表k+1级第j个指标经无量纲化处理后的分值；表示k+1级第j个指标的新权重。

上述步骤2)的2.2)中，各指标的综合基准值是结合配电网分区特点，根据评价指标的评价目的和作用，结合实际情况得到各项指标的影响权重，将各个指标分类基准值通过供电区权重系数进行加权，计算得到。其中，指标的基准值为指标临界值，即正向指标参考值的下限或逆向指标参考值的上限；双向指标包括高、低两个基准值，即参考值的上限和参考值的下限。

指标的综合基准值计算公式如下：

指标的综合基准值＝指标A类基准值×W_A+指标B类基准值×W_B+指标C类基准值×W_C+指标D类基准值×W_D，式中，W_A、W_B、W_C、W_D分别表示A、B、C、D类指标的影响权重。

各评价指标参考值的确定综合考虑了现有技术标准、规划成果以及现有数据等。按照差异化的原则，确定各指标由高到低A、B、C、D四类参考标准如下表所示。

各评价指标参考值的确定

上表中，A类标准适用于对供电可靠性要求很高的政治或经济中心区、国家级经济开发区或高新科技工业园区；B类标准适用于对供电可靠性要求较高的生产生活集中区、省级经济开发区或工业园区；C类标准适用于对供电可靠性有一定要求的生产生活相对集中区；D类标准适用于农业经济活动区。

上述各实施例仅用于说明本发明，各部件的结构、尺寸、设置位置及形状都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种基于供电分区特性的配电网评价方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

1)确定配电网评价指标体系，对配电网的供电质量、网架结构、运行水平、技术装备以及经济与社会性要素进行评价，确定5个一级指标和17个二级指标的评价指标体系；

2)采用模糊隶属度法，应用线性插值原理，构建各类指标的隶属函数；

3)采用定量计算法的判断矩阵法确定评价指标权重；

4)建立直接影响矩阵，计算得到指标之间的综合影响矩阵，利用综合影响矩阵优化评价指标权重；

5)将步骤2)至步骤4)的计算结果代入层次分析法计算公式中得到评分值，进而得到配电网评价最终结果；评分值在90～100分之间，则配电网规划、运行状况好；评分值在70～80分之间，则配电网现状情况为较好；评分值在60～70分之间，则配电网现状情况为一般；评分值低于60分，配电网现状情况较差。

2.如权利要求1所述的一种基于供电分区特性的配电网评价方法，其特征在于：所述步骤2)中，具体构建过程如下：

2.1)根据评价指标分值大小与期望结果的关系，将评价指标分为正向指标、逆向指标和中间指标三类；

2.2)根据各指标的综合基准值和指标的分类，构建三类指标的隶属函数。

3.如权利要求2所述的一种基于供电分区特性的配电网评价方法，其特征在于：所述步骤2.1)中，三类指标如下：

2.1.1)正向指标包括电压合格率、供电可靠率、主变N-1通过率、线路N-1通过率、配电自动化终端覆盖率、10kV架空线路绝缘化率、户户通电率以及一户一表率；

2.1.2)逆向指标包括10kV线路单放射比例、10kV线路配变装接容量大于12MVA线路比例、重或轻载主变比例、10kV高损变比例、综合线损率以及单位负荷投资；

2.1.3)双向指标包括电网变电容载比。

4.如权利要求2所述的一种基于供电分区特性的配电网评价方法，其特征在于：所述步骤2.2)中，三类指标的隶属函数为：

2.2.1)正向指标：高于指标参考值下限的，得满分；否则，每低于参考值下限的预设数值则扣除预先设定的分数；

2.2.2)逆向指标：低于指标参考值上限的，得满分；否则，每超过参考值上限的预设数值则扣除预先设定的分数；

2.2.3)双向指标：介于指标参考值范围内的，得满分；否则，每偏离参考值的预设数值则扣除预先设定的分数。

5.如权利要求2所述的一种基于供电分区特性的配电网评价方法，其特征在于：所述步骤2.2)中，各指标的综合基准值计算公式如下：

指标的综合基准值＝指标A类基准值×W_A+指标B类基准值×W_B+指标C类基准值×W_C+指标D类基准值×W_D，

式中，W_A、W_B、W_C、W_D分别表示A、B、C、D类指标的影响权重；指标的基准值为指标临界值，即正向指标参考值的下限或逆向指标参考值的上限；双向指标包括高、低两个基准值，即参考值的上限和参考值的下限。

6.如权利要求1所述的一种基于供电分区特性的配电网评价方法，其特征在于：所述步骤3)中，指标权重确定过程如下：

3.1)对同级各指标之间进行两两比较，判断其相对重要性，构造判断矩阵；

3.2)计算判断矩阵的最大特征根和特征向量，经一致性检验和归一化处理后得到各个指标相应的权重。

7.如权利要求1所述的一种基于供电分区特性的配电网评价方法，其特征在于：所述步骤4)中，具体优化过程如下：

4.1)分析各因素之间直接关系的有无，构造有向图，如果因素对因素有直接影响，则由因素F_i画一个箭头指向因素F_j，即如果有一个箭头从因素F_i出发指向因素F_j，则说明因素F_i对因素F_j有直接影响，同时标注因素F_i对因素F_j的直接影响程度I；

4.2)初始化直接影响矩阵，用矩阵表示各指标之间的直接相互影响关系；

4.3)计算指标之间的综合影响矩阵T＝X+X²+…+Xⁿ＝X(1-X)^-1＝(β_ij)_n×n，进而确定各评价指标之间的相互影响系数β_ij；Xⁿ表示初始化的n阶直接影响矩阵；

4.4)对各评价指标的权重值进行正规化处理后得到价值权重w_j，计算评价指标相互影响所反映的权重向量W_s，权重向量W_s即为影响权重：

$W_s=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{j=1}^n{\mathrm{\β}}_{ij}{w}_j}{{\mathrm{\Σ}}_{j=1}^n{\mathrm{\Σ}}_{j=1}^n{\mathrm{\β}}_{ij}{w}_j};$

4.5)根据价值权重和影响权重，计算各评价指标的新权重W_js＝αw_j+(1-α)W_s，0≤α≤1。

8.如权利要求7所述的一种基于供电分区特性的配电网评价方法，其特征在于：所述步骤4.1)中，直接影响程度I为：

9.如权利要求7所述的一种基于供电分区特性的配电网评价方法，其特征在于：所述步骤4.2)中，设n阶矩阵X＝(a_ij)_n×n，如果因素F_i对因素F_j有直接影响，则定义a_ij＝l，否则a_ij＝0。

10.如权利要求1所述的一种基于供电分区特性的配电网评价方法，其特征在于：所述步骤5)中，层次分析法计算公式为：

$S^k=\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}{S}_j^{k+1}{W}_{js}^{k+1},$

式中，S^k表示k级某个指标评分值；n表示该指标对应的k+1级指标的个数；代表k+1级第j个指标经无量纲化处理后的分值；表示k+1级第j个指标的新权重。